Adsorption of cadmium and copper in representative soils of Eastern Amazonia, Brazil / Adsorção de cádmio e cobre em solos representativos da Amazônia Oriental, Brasil

Studies of heavy metals adsorption in soil play a key role in predicting environmental susceptibility to contamination by toxic elements. The objective of this study was to evaluate cadmium (Cd) and copper (Cu) adsorption in surface and subsurface soil. Samples of six soils: Xanthic Hapludox (XH1 and XH2), Typic Hapludox (TH), Typic Rhodudalf (TR), Typic Fluvaquent (TF), and Amazonian dark earths (ADE) from Eastern Amazonian, Brazil. The soils were selected for chemical, physical and mineralogical characterization and to determine the adsorption by Langmuir and Freundlich isotherms. All soils characterized as kaolinitic, and among them, XH1 and XH2 showed the lowest fertility. The Langmuir and Freundlich isotherms revealed a higher Cu (H curve) than Cd (L curve) adsorption. Parameters of Langmuir and Freundlich isotherms indicate that soils TR, TF and ADE has the greatest capacity and affinity for metal adsorption. Correlation between the curve adsorption parameters and the soil attributes indicates that the pH, CEC, OM and MnO variables had the best influence on metal retention. The Langmuir and Freundlich isotherms satisfactorily described Cu and Cd soil adsorption, where TR, TF and ADE has a lower vulnerability to metal input to the environment. Besides the pH, CEC and OM the MnO had a significant effect on Cu and Cd adsorption in Amazon soils.

Estudos de adsorção de metais pesados no solo desempenham um papel chave em prever a susceptibilidade à contaminação do ambiente por elementos tóxicos. O objetivo foi avaliar a adsorção de cádmio (Cd) e cobre (Cu) na superfície e subsuperfície de seis solos Amazônicos: Latossolo Amarelo (XH1 e XH2), Latossolo Vermelho (TH), Nitossolo Vermelho (TR), Gleissolo Háplico (TF) e Latossolo Amarelo Terra Preta de Índio (ADE) da Amazônia Oriental. Os solos foram selecionados para caracterização química, física, mineralógica e determinação da capacidade máxima de adsorção pelas isotermas de Langmuir e Freundlich. Todos os solos foram caracterizados como cauliníticos, e entre eles, XH1 e XH2 apresentaram menor fertilidade. As isotermas de Langmuir e Freundlich revelaram adsorção superior de Cu (curva H) em relação ao Cd (L curva). Os parâmetros de Langmuir e Freundlich indicam que os solos TR, TF e ADE tem a maior capacidade e afinidade para adsorção de metais. A correlação entre os parâmetros da curva de adsorção e os atributos do solo indica que o PH, capacidade de troca de cátion (CTC), matéria orgânica (MO) e óxido de manganês (MnO) tiveram influência sobre a retenção dos metais. As isotermas de Langmuir e Freundlich descreveram satisfatoriamente a adsorção de Cu e Cd no solo, onde TR, TF e ADE tem uma menor vulnerabilidade à entrada de metais para o meio ambiente. Além do pH, CTC e MO, o MnO teve um efeito significativo na adsorção de Cu e Cd em solos amazônicos.

Adsorption of cadmium and copper in representative soils of Eastern Amazonia, Brazil / Adsorção de cádmio e cobre em solos representativos da Amazônia Oriental, Brasil

Studies of heavy metals adsorption in soil play a key role in predicting environmental susceptibility to contamination by toxic elements. The objective of this study was to evaluate cadmium (Cd) and copper (Cu) adsorption in surface and subsurface soil. Samples of six soils: Xanthic Hapludox (XH1 and XH2), Typic Hapludox (TH), Typic Rhodudalf (TR), Typic Fluvaquent (TF), and Amazonian dark earths (ADE) from Eastern Amazonian, Brazil. The soils were selected for chemical, physical and mineralogical characterization and to determine the adsorption by Langmuir and Freundlich isotherms. All soils characterized as kaolinitic, and among them, XH1 and XH2 showed the lowest fertility. The Langmuir and Freundlich isotherms revealed a higher Cu (H curve) than Cd (L curve) adsorption. Parameters of Langmuir and Freundlich isotherms indicate that soils TR, TF and ADE has the greatest capacity and affinity for metal adsorption. Correlation between the curve adsorption parameters and the soil attributes indicates that the pH, CEC, OM and MnO variables had the best influence on metal retention. The Langmuir and Freundlich isotherms satisfactorily described Cu and Cd soil adsorption, where TR, TF and ADE has a lower vulnerability to metal input to the environment. Besides the pH, CEC and OM the MnO had a significant effect on Cu and Cd adsorption in Amazon soils.(AU)

Estudos de adsorção de metais pesados no solo desempenham um papel chave em prever a susceptibilidade à contaminação do ambiente por elementos tóxicos. O objetivo foi avaliar a adsorção de cádmio (Cd) e cobre (Cu) na superfície e subsuperfície de seis solos Amazônicos: Latossolo Amarelo (XH1 e XH2), Latossolo Vermelho (TH), Nitossolo Vermelho (TR), Gleissolo Háplico (TF) e Latossolo Amarelo Terra Preta de Índio (ADE) da Amazônia Oriental. Os solos foram selecionados para caracterização química, física, mineralógica e determinação da capacidade máxima de adsorção pelas isotermas de Langmuir e Freundlich. Todos os solos foram caracterizados como cauliníticos, e entre eles, XH1 e XH2 apresentaram menor fertilidade. As isotermas de Langmuir e Freundlich revelaram adsorção superior de Cu (curva H) em relação ao Cd (L curva). Os parâmetros de Langmuir e Freundlich indicam que os solos TR, TF e ADE tem a maior capacidade e afinidade para adsorção de metais. A correlação entre os parâmetros da curva de adsorção e os atributos do solo indica que o PH, capacidade de troca de cátion (CTC), matéria orgânica (MO) e óxido de manganês (MnO) tiveram influência sobre a retenção dos metais. As isotermas de Langmuir e Freundlich descreveram satisfatoriamente a adsorção de Cu e Cd no solo, onde TR, TF e ADE tem uma menor vulnerabilidade à entrada de metais para o meio ambiente. Além do pH, CTC e MO, o MnO teve um efeito significativo na adsorção de Cu e Cd em solos amazônicos.(AU)

Caracterização de solos sob diferentes usos na região sul do Amazonas / Characterization of soils under different land uses in the southern region of the Amazonas

Areas with native vegetation are increasingly fragmented due to agricultural occupation, and with the removal of the natural vegetation, the use of soil has shown changes in their chemical, physical and biological attributes. Thus, the objective of this work was to evaluate soil physical and chemical attributes using multivariate technique. The study was carried out in area with Archaeological Black Earth (TPA), forest, pasture, agroforestry, sugar cane and cassava. In these areas 64 soil samples were collected from disturbed and undisturbed soils at a regular spacing of 10 meters and 0.0 to 0.10 m depth for chemical and physical analyses. Areas of TPA and agroforestry had different values for physical and chemical attributes in comparison with soils from pasture, forest, cassava and sugar cane. The areas cultivated with cassava, sugar cane and pasture had similar physical and chemical characteristics. The use of the multivariate analysis tool proved to be useful to detect similarities or differences in soils attributes based on chemical and physical in the study area.

Áreas com vegetação nativa são cada vez mais fragmentadas devido ao desmatamento associado à atividade agropecuária, o que provoca alterações nos atributos químicos, físicos e biológicos do solo. Assim, o objetivo do estudo foi avaliar os atributos físicos e químicos do solo por meio de técnicas estatísticas multivariadas. O estudo foi realizado em áreas de terra preta arqueológica (TPA), floresta, pastagem, agrofloresta, cana-de-açúcar e mandioca. Nestas áreas foram coletadas 64 amostras de solos deformadas e indeformadas com espaçamento regular de 10 m na profundidade de 0,0-0,10 m para determinação dos atributos químicos e físicos. O estudo mostra que as áreas com TPA e agrofloresta apresentaram valores de atributos físicos e químicos diferentes da pastagem, floresta, mandioca e cana-de-açúcar. Por serem ambientes cultivados, as áreas de mandioca, cana-de-açúcar e pastagem apresentam características físicas e químicas similares. O uso das técnicas de análises multivariadas foi eficiente para verificar as similaridades ou as diferenças, com base nos atributos químicos e físicos do solo em cada área estudada.

Caracterização de solos sob diferentes usos na região sul do Amazonas / Characterization of soils under different land uses in the southern region of the Amazonas

Areas with native vegetation are increasingly fragmented due to agricultural occupation, and with the removal of the natural vegetation, the use of soil has shown changes in their chemical, physical and biological attributes. Thus, the objective of this work was to evaluate soil physical and chemical attributes using multivariate technique. The study was carried out in area with Archaeological Black Earth (TPA), forest, pasture, agroforestry, sugar cane and cassava. In these areas 64 soil samples were collected from disturbed and undisturbed soils at a regular spacing of 10 meters and 0.0 to 0.10 m depth for chemical and physical analyses. Areas of TPA and agroforestry had different values for physical and chemical attributes in comparison with soils from pasture, forest, cassava and sugar cane. The areas cultivated with cassava, sugar cane and pasture had similar physical and chemical characteristics. The use of the multivariate analysis tool proved to be useful to detect similarities or differences in soils attributes based on chemical and physical in the study area.(AU)

Áreas com vegetação nativa são cada vez mais fragmentadas devido ao desmatamento associado à atividade agropecuária, o que provoca alterações nos atributos químicos, físicos e biológicos do solo. Assim, o objetivo do estudo foi avaliar os atributos físicos e químicos do solo por meio de técnicas estatísticas multivariadas. O estudo foi realizado em áreas de terra preta arqueológica (TPA), floresta, pastagem, agrofloresta, cana-de-açúcar e mandioca. Nestas áreas foram coletadas 64 amostras de solos deformadas e indeformadas com espaçamento regular de 10 m na profundidade de 0,0-0,10 m para determinação dos atributos químicos e físicos. O estudo mostra que as áreas com TPA e agrofloresta apresentaram valores de atributos físicos e químicos diferentes da pastagem, floresta, mandioca e cana-de-açúcar. Por serem ambientes cultivados, as áreas de mandioca, cana-de-açúcar e pastagem apresentam características físicas e químicas similares. O uso das técnicas de análises multivariadas foi eficiente para verificar as similaridades ou as diferenças, com base nos atributos químicos e físicos do solo em cada área estudada.(AU)

Efeito da fertilidade de terra preta de índio da Amazônia Central no estado nutricional e na produtividade do mamão hawaí (Carica papaya L.)

The effect of Amazonian dark earth fertility on the nutritional status and fruit production of a Carica papaya plantation was evaluated in Açutuba Coast, Iranduba Municipality, Amazonas, Brazil, between August and Octuber 2003, when the plantation was eight months old and just starting production. A completely randomized experimental design, with four treatments and nine replications, was used; each replication contained three plants. The treatment were: Tpn - Amazonian Dark Earth with no supplemental fertilizer; Tpa - Amazonian Dark Earth with supplemental fertilizer (3 kg aged chicken manure and 300 g dolomite per plant); Tm1 - Mulata Earth with no supplemental fertilizer after cropping with squash; Tm2 - Mulata Earth with no supplemental fertilizer after slashing and burning fallow. The fruit production on Tpn (18.2 fruits/plant) was approximately 30% of the maximum production obtained on Tpa (61.1 fruits/plant); this effect was attributed to K which is low in Tpn and higher in Tpa because of the chicken manure. The potential acidity in all treatments was as expected in TP or TM, without apparent effect of previous soil management. There appeared to be a very large nutritional disequilibrium, caused by the high levels of P, Ca, Mg and low level of K. All treatments had levels Zn and Mn that are considered toxic, whereas Fe was suitable.

Com o objetivo de avaliar o efeito da fertilidade de solos antropogênicos no estado nutricional e na produtividade do mamão Havaí (Carica papaya L.), conduziu-se o presente estudo em um plantio, localizado na Costa do Açutuba, Iranduba, AM, em Latossolo Amarelo antrópico em plantas com oito meses de idade e no início da produção de frutos, no período de agosto a outubro de 2003. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com quatro tratamentos e nove repetições, constituídos de uma amostra composta por três plantas e trinta e seis unidades experimentais, sendo os tratamentos Tpn = plantio em terra preta não adubada; Tpa = plantio em terra preta adubada; Tm1 = plantio em terra mulata não adubada; Tm2 = plantio em terra mulata com um ano de pousio. O tratamento que apresentou maior produção foi o Tpa, com média de 61,10 frutos/planta, e o que apresentou menor produção foi o Tpn, com média de 18,18 frutos/planta. A acidez potencial em todos os tratamentos apresentou-se em níveis médios, mesmo com o manejo da fertilidade praticado nos últimos anos. Observou-se um desbalanço nutricional provocado pelos altos teores de P, Ca, Mg e baixo teor de K; todos os tratamentos apresentaram teores de Zn e Mn considerados tóxicos, enquanto que o Fe apresentou níveis adequados.

The ceramic artifacts in archaeological black earth (terra preta) from Lower Amazon Region, Brazil: chemistry and geochemical evolution

This paper carried out a chemical investigation of archaeological ceramic artifacts found in archaeological sites with Black Earth (ABE) in the Lower Amazon Region at Cachoeira-Porteira, State of Pará, Brazil. The ceramic artifacts, mostly of daily use, belong to Konduri culture (from 900 to 400 years BP). They are constituted of SiO2, Al2O3, Fe2O3, Na2O and P2O5; SiO2 and Al2O3 together add up to 80 % and indicate influence of acid rocks, transformed into clay minerals basically kaolinite. The relative high contents of P2O5 (2.37 % in average) come out as (Al,Fe)-phosphate, an uncommon fact in primitive red ceramics, but found in some roman and egyptian archaeological sites. The contents of the trace elements are similar or below the Earth's crust average. This chemical composition (except P2O5) detaches saprolite material derived acid igneous rocks or sedimentary ones as the main raw material of the ceramics. The contents of K, Na and Ca represent the feldspars and rock fragments possibly introduced into saprolitic groundmass, indicated by mineralogical studies. The presence of cauixi and cariapé as well as quartz sand was confirmed by optical microscope, SEM analyses and by the high silica contents of ceramic fragments. Phosphorus was possibly incorporated into groundmass during cooking of foods, and ABE soil profile formation developed on yellow Latosols. The raw materials and its tempers (cauixi, or cariapé, feldspar, crushed rocks, old ceramic artifacts and quartz fragments) are found close to the sites and therefore and certainly came from them.

Neste trabalho realizou-se a caracterização química de fragmentos de artefatos cerâmicos encontrados em sítios arqueológicos com terra preta no Baixo Amazonas (Cachoeira-Porteira, Pará, Brasil), representativos da cultura Konduri (de 900 a 400 anos AP). Esses fragmentos são constituídos de SiO2, Al2O3, Fe2O3, Na2O e P2O5, sendo que SiO2 e Al2O3, juntos, perfazem mais de 80 % em peso. Os teores de P2O5 são relativamente elevados (2,37 % em média) sob a forma de (Al,Fe)-fosfatos, incomuns em cerâmicas vermelhas primitivas, mas encontrados em algumas cerâmicas arqueológicas egípcias e romanas. As concentrações dos elementos traços são comparáveis ou mesmo inferiores ao nível crustal, embora a composição total seja próxima a mesma. A composição química (exceto P2O5 ) em conjunto com os dados mineralógicos e texturais indicam material saprolítico derivado de rochas ígneas félsicas ou rochas sedimentares como matéria-prima das cerâmicas. Os teores de K, Ca e Na mostram que os feldspatos e fragmentos de rochas foram adicionados ao material argiloso, como sugerido pela mineralogia. Os altos teores de sílica respondem pela presença de cauixi, cariapé e/ou areias quartzosas. Fósforo deve ter sido incorporadoà matriz argilosa da cerâmica, quando do cozimento de alimentos nos vasos cerâmicos, e ainda, em parte, durante a formação do perfil de solo tipo ABE sobre Latossolos Amarelos. A matéria prima e os temperos (cauixi, cariapé, rochas trituradas e fragmentos de vasos cerâmicos descartados) encontram-se disponíveis próximos aos sítios até a atualidade, e portanto foram a área fonte dos mesmos para a confecção dos artefatos cerâmicos..

The ceramic artifacts in archaeological black earth (terra preta) from lower Amazon region, Brazil: mineralogy

Several archaeological black earth (ABE) sites occur in the Amazon region. They contain fragments of ceramic artifacts, which are very important for the archaeological purpose. In order to improve the archaeological study in the region we carried out a detailed mineralogical and chemical study of the fragments of ceramic artifacts found in the two ABE sites of Cachoeira-Porteira, in the Lower Amazon Region. Their ceramics comprise the following tempers: cauixi, cariapé, sand, sand +feldspars, crushed ceramic and so on and are composed of quartz, clay equivalent material (mainly burned kaolinite), feldspars, hematite, goethite, maghemite, phosphates, anatase, and minerals of Mn and Ba. Cauixi and cariapé, siliceous organic compounds, were found too. The mineralogical composition and the morphology of their grains indicate a saprolite (clayey material rich on quartz) derived from fine-grained felsic igneous rocks or sedimentary rocks as source material for ceramic artifacts, where silica-rich components such cauixi, cariapé and/or sand (feldspar and rock fragments) were intentionally added to them. The high content of (Al,Fe)-phosphates, amorphous to low crystalline, must be product of the contact between the clayey matrix of pottery wall and the hot aqueous solution formed during the daily cooking of animal foods (main source of phosphor). The phosphate crystallization took place during the discharge of the potteries put together with waste of organic material from animal and vegetal origin, and leaving to the formation of the ABE-soil profile.

Sítios arqueológicos com Terra Preta, denominados de Terra Preta de Índio ou ainda Terra Preta Arqueológica (TPA) são muito freqüentes na Amazônia. As TPA geralmente contém fragmentos de vasos cerâmicos, por vezes abundantes, além de líticos, que são materiais de grande importância para os estudos arqueológicos. Para consubstanciar esses estudos, realizou-se pesquisas mineralógicas e químicas em fragmentos cerâmicos provenientes de dois sítios arqueológicos da região de Cachoeira-Porteira, Estado do Pará. Os fragmentos foram classificados segundo seus principais temperos em: cauixi, cariapé, areia+feldspatos e caco de vaso cerâmico. Mineralogicamente são compostos de quartzo, minerais de argila calcinados (especialmente caulinita), feldspatos (albita e microclínio), hematita, goethita, maghemita, variscita-estrengita, fosfatos amorfos, anatásio, e raramente apatita, rhabdophana e óxidos de Mn e Ba. Cauixi e cariapé são componentes orgânicos silicosos e amorfos a DRX. A composição mineralógica e a morfologia dos seus grãos indicam saprólito (material argiloso rico em quartzo) derivado de rochas ígneas félsicas de granulação fina ou rochas sedimentares ricas em argilominerais como matéria-prima dos vasos cerâmicos. Neste material argiloso cauixi, cariapé e/ou areias, ricas em sílica, foram intencionalmente adicionados. O elevado conteúdo de fosfatos de Al-Fe, amorfos ou como de baixa cristalinidade, originou-se a partir do contato entre a matriz argilosa da parede do vaso cerâmico com a solução aquosa quente durante o cozimento diário de alimentos de origem animal (principal fonte de fósforo). A cristalização dos fosfatos deve ter prosseguida mesmo depois que os vasos foram descartados, e juntos com os restos de matéria orgânica vegetal e animal incorporaram-se aos solos residuais. Participaram desta forma na formação dos solos tipo TPA.